Desafios de Projetos Fieldbus Foundation

7/25/2019 Desafios de Projetos Fieldbus Foundation

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ROGRIO MESQUITA GONALVES

DESAFIOS PARA PROJETOSFIELDBUS FOUNDATION

RIO DE JANEIRO

2011


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Rogrio Mesquita Gonalves

Desafios para ProjetosFieldbus Foundation

Monografia apresentada ao InstitutoBrasileiro de Petrleo, Gs eBiocombustvel (IBP) para obteno decertificado de ps graduao emengenharia deautomao/instrumentao.Orientador: prof. Cludio Makarovsky(ps graduado em gesto estratgica

de negcios e mestrado em gesto).

IBP-PS Instituto de Ps-Graduao do Petrleo

Rio de Janeiro 2011


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AGRADECIMENTOS

Agradeo a minha famlia, em especial aos meus pais, Joo

Paulo e Eliana, pelo apoio incondicional nos momentos maiscomplicados, aos meus mestres Cludio Makarovsky e Cesar

Nascimento pela colaborao e auxlio nas pesquisas, aos

amigos e a minha noiva, Jlia, pelo incentivo e por sempre

acreditar em mim. A todos, meu mais sincero muito obrigado.


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DESAFIOS PARA PROJETOSFIELDBUS FOUNDATION

Resumo: A tecnologia de informao e a integrao de forma rpida, confivel e

robusta cada vez mais imprescindvel para os controles de processos. Devido ampla

gama de plataformas de transmisso de dados disponvel, conhecimentos mais

aprofundados sobre o assunto so requeridos, de forma a se obter o mximo de

funcionalidade de uma planta com reduo de custos operacionais e melhorias

considerveis nos padres produtivos da empresa.

A monografia a seguir tem por finalidade fornecer informaes sobre a tecnologia

fieldbus foundation na viso do usurio final, explorando as experincias e os desafios

da implementao dessa tecnologia na indstria mundial.

Palavras-chave: Instrumentao, fieldbus foundation, automao, gerenciamento de

ativos, viabilidade.


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SUMRIO

LISTA DE TABELA ....................................................................................................... 6LISTA DE GRFICO ..................................................................................................... 7LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................... 8LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ..................................................................... 91. INTRODUO ..........................................................................................................101.1. OBJETIVO ............................................................................................................. 101.2. MOTIVAO ........................................................................................................ 111.3. ORGANIZAO DO TRABALHO ..................................................................... 122. INSTRUMENTAO .............................................................................................. 132.1. HISTRICO ........................................................................................................... 152.2. INSTRUMENTAO CONVENCIONAL .......................................................... 142.3. PROTOCOLO HART ............................................................................................ 172.4. REDES DE CAMPO .............................................................................................. 20

2.4.1. Vantagens da instrumentao em rede ................................................................ 213. DESENVOLVIMENTO ............................................................................................ 253.1. DEFINIO DO FIELDBUS................................................................................ 253.2. HISTRICO DO FIELDBUS................................................................................ 263.3. A TECNOLOGIA FIELDBUS FOUNDATION..................................................... 273.3.1. Camada fsica ...................................................................................................... 303.3.2. Camada do usurio .............................................................................................. 323.3.3. Topologias dofoundation fieldbus...................................................................... 333.3.4. Vantagens dofoundation fieldbus....................................................................... 363.4. MERCADO BRASILEIRO PROJETO FIELDBUS .......................................... 443.4.1. FIELDBUSANTES DO START-UP................................................................... 443.4.2. FIELDBUSDEPOIS DO START-UP.................................................................. 50

3.4.3. GERENCIAMENTO DE ATIVOS ..................................................................... 514. ESTUDO DE VIABILIDADE PROJETO FIELDBUS......................................... 564.1. INTRODUO ...................................................................................................... 574.1.1. Preos de referncia ............................................................................................. 594.1.2. TIV total valor instalado ................................................................................... 604.1.3. TOV total valor operacional ............................................................................. 645. ESTUDO DE CASO PROJETO FIELDBUS........................................................ 675.1. NAFTA DE COQUE REDUC ............................................................................ 686. CONCLUSO ........................................................................................................... 72REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS .......................................................................... 76


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LISTA DE TABELAS

Tabela 01: RefernciaTabela 02: Preos de referncia para materiais auxiliaresTabela 03: Preos de referncia para instrumentos e sistema

Tabela 04: Dados do projetoTabela 05: Comparao dos preosTabela 06: Custo operacionalTabela 07: Valor da manutenoTabela 08: Valor de operao da plantaTabela 09: Resultado final


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LISTA DE GRFICOS

Grfico 01 Comparao dos custos


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LISTA DE FIGURAS

Figura 01: Sensores e atuadores conectados aos controladores da sala de controleFigura 02: Tecnologia FSK utilizada pelo protocolo HART para codificar a informaodigital sobre o sinal de corrente.

Figura 03: Dois equipamentos mestres acessando o mesmo equipamento de campo(escravo)Figura 04: Equipamentos dividindo um meio de comunicao comumFigura 05: Modo de comunicao mestre / escravoFigura 06: Modo de comunicaopublisher / subscriberFigura 07: Hierarquia de rede utilizandofieldbus foundationFigura 08: Os nveis H1 e HSE da redefieldbus foundationFigura 09: Camadas do modelo OSI e do modelofoundation fieldbusFigura 10: Corrente e tenso para comunicao na rede foundation fieldbusFigura 11: Codificao Manchester Bifase-LFigura 12: Exemplo de uma malha de controle completa utilizandofunction blockslocalizados nos dispositivosfieldbusFigura 13: Topologias possveis de ligaofieldbusFigura 14: Topologia de barramento com spursFigura 15: Topologia ponto-a-pontoFigura 16: Topologia em rvoreFigura 17: Topologia end-to-endFigura 18: Reduo de equipamentos proporcionada pelofoundation fieldbusFigura 19: Reduo de barreiras de segurana intrnsecaFigura 20 - Estrutura de um device descriptionFigura 21 - Tela de configurao e visualizao de um EDDLFigura 22 - Tela de visualizao e configurao de um DTMFigura 23 Tempo de escalonamento

Figura 24 - Tela do softwarefieldcare, dedicado a gerenciamento de ativos


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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AI:Analog Input AO:Analog Output CAPEX: Investimentos em bens de capital

CLP: Controlador Lgico Programvel DD: Device description DI:Digital Input DO:Digital Ouput

DLL: Data link layer EDDL: Enhanced device description language FCS: Field Control Systems FDT/DTM: Field device tool / Device type manager FF: Fieldbus Foundation

FIP: Padro nacional francs FSK: Frequency Shift Keying H1: Meio Fsico que trabalha a uma velocidade de 31,25kbit/s HART:Highway Addressable Remote Transducer HSE:High Speed Ethernet IEC:International Electrotechnical Commission IP:Protocolo de Interconexo ISP:InterOporable Systems Project ISA:Instrument Society of America ISA-SP50, Signal Compatibility of Electrical Instruments comit criado com o

objetivo de definir uma interface comum entre componentes de sistemaseletrnicos de medio e/ou controle.

LAN:Local Area Network MTTR: Tempo mdio entre reparos

PID:Proportional/Integral/Derivative OPEX: Custo associado manuteno dos equipamentos e aos gastos de

consumveis e outras despesas operacionais

OSI: Open System Interconnection SDCD:Sistema Digital de Controle Distribudo TCP: Protocolo de Controle de Transmisso


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1. INTRODUO

A integrao das etapas que envolvem os processos produtivos vem sendo cada vez

mais buscada nos diversos segmentos industriais. Atualmente, encontra-se como um dos

elementos fundamentais para se atingir os rigorosos padres produtivos requeridos,

dada a competitividade do mercado mundial. Assim, as redes industriais tem papel

fundamental neste processo, de tal forma que sua utilizao em detrimento s tcnicas

obsoletas de comunicao industrial pode prover agilidade, robustez e eficincia aos

sistemas de comunicao.

A instalao e manuteno de sistemas de transmisso de dados convencionais

implicam em altos custos, principalmente quando se deseja ampliar instalaes

preexistentes. Para tanto, so requeridas grandes somas para elaborao de projetos e

compra de equipamentos. Buscando minimizao de custos e aumento da operabilidade

das aplicaes, introduziu-se o conceito de redes industriais para interligar os vrios

equipamentos de uma planta de forma eficiente e possibilitar a expanso destas

instalaes de forma simplificada (SMAR EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS LTDA).

1.1. OBJETIVO

O objetivo deste estudo o de identificar oportunidades para redues de custos em

gastos de capital (CAPEX) e em lucros adicionais nos gastos operacionais (OPEX)

atravs do estudo introdutrio das tcnicas de gerenciamento de ativos e seus benefcios

associadas ao uso da tecnologia fieldbus foundation, onde a sua implementao de

forma plena tornar-se uma ferramenta poderosa para redues significativas de custos e

refinamento dos parmetros nos processos produtivos.


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1.2. MOTIVAAO

O uso do fieldbus foundation nos processos produtivos acarreta em uma srie de

benefcios e solues para problemas comuns advindos das tcnicas convencionais de

comunicao, manuteno e controle de processos.

Um dos principais inconvenientes relacionados s antigas tcnicas de transmisso de

dados fundamentado nos elevados gastos com materiais e equipamentos. Este entrave

gerado devido necessidade de se levar cada sinal partindo-se dos instrumentos,

individualmente, at o sistema de controle, aumentando-se excessivamente o nmero de

cabos, canais de comunicao e at mesmo de controladores no sistema. Alm dos

inconvenientes gerados com a instalao e os custos da mesma, dificultavam-se as

operaes de manuteno na planta.

Desta forma, dada a ascenso das redes industriais, alm da quase universalizao de

plataformas de comunicao (com a aplicao dos sistemas abertos, alternativamente

aos sistemas proprietrio), obteve-se grande reduo de custos e tempo envolvidos nos

projetos; a manuteno foi, aos poucos, tornando-se mais objetiva e eficaz. Foi,

tambm, facilitada a insero de novos equipamentos na rede, onde os mesmos podiam

ser simplesmente linkados nos barramentos utilizados. Os fabricantes tornam-se, por

suas vezes, a cada dia mais flexveis quanto compatibilidade de seus equipamentos,

onde os mesmos, muitos dos casos, j so configurveis para operao em diversas

plataformas de redes.

Sobre este mesmo contexto, os sistemas de gerenciamento de ativos modernos tm sido

amplamente difundidos e aderidos pelas empresas. Trata-se de uma tecnologia

possibilitada pelo surgimento dosfieldbuses, atravs dos quais so obtidas informaes

precisas a respeito de cada instrumento empregado no processo, como dados de


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fabricao, calibrao, curvas de desempenho, datas de manuteno programada e

diagnsticos precisos de defeitos e erros. Com isso, possibilita-se ampla reduo de

custos de manuteno e reposio de dispositivos de uma planta, alm da atenuao da

necessidade de paradas gerais para manuteno, muitas das vezes desnecessrias.

Assim, faz-se necessrio conhecer os recursos da tecnologia a ser empregada e

principalmente entender os desafios a serem superados, para obter o mximo de

funcionalidade de uma planta com reduo de custos operacionais e melhorias

considerveis nos padres produtivos da empresa.

1.3. ORGANIZAAO DO TRABALHO

O segundo captulo iniciado por um breve histrico da evoluo dos sistemas de

comunicao industrial, seguido da comparao entre tcnicas modernas e obsoletas de

transmisso de dados. O terceiro captulo apresenta importantes conceitos da tecnologia

fieldbus foundation, suas arquiteturas tpicas, abordando principalmente as vantagens do

uso da tecnologia juntamente com os conceitos do gerenciamento de ativos. O captulo

4 aborda um estudo de viabilidade, fazendo uma anlise do ciclo de vida do

projeto/planta, relacionando os custos de sua implementao juntamente com o valor

agregado da mesma. O quinto captulo trata de um estudo de caso mostrando em

detalhes os problemas encontrados na implementao de um projeto fieldbus. E o sexto

e ltimo captulo so destacados as concluses finais, destacando os respectivos

desafios a serem considerados.


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2. INSTRUMENTAAO

2.1. HISTRICO

Nos primeiros sistemas de controle e comunicao remota com instrumentos

desenvolvidos, os processos de instrumentao utilizavam, prioritariamente, sinais

analgicos de presso para a transmisso de dados. Este sinal era, geralmente, da ordem

de 3psi a 15psi. Devido aos diversos inconvenientes gerados por esta forma de

transmisso de dados, j na dcada de 1960 os padres de sinal 4mA a 20 mA passaram

a ser empregados. Assim, obteve-se melhorias substanciais em aspectos como a

ocorrncia de rudos, facilidade de implementao, integrao e comunicao direta

entre os sistemas de controle e os instrumentos de campo, uma vez que o sinal eltrico

poderia ser obtido a partir dos instrumentos e levado diretamente aos sistemas de

controle, aumentando significativamente a confiabilidade destas unidades. Entretanto,

os instrumentos com funcionamento baseado em sinais de presso ainda existem no

mercado, principalmente sobre a forma de vlvulas de controle e cilindros pneumticos.

A evoluo da computao foi, a partir da dcada de 1970, outra grande mudana no

controle de processos, onde foi possibilitado o uso dos mesmos para monitorar e

controlar uma srie de instrumentos a partir de um ponto central. Desta forma, dado o

crescente nmero de tarefas a serem controladas, j se tornava necessria a criao de

padres de comunicao mais eficientes, de forma a descentralizar o controle de

processos e aumentar a confiabilidade e organizao dos sistemas.

Na dcada de 1980 os sensores inteligentes comearam a ser desenvolvidos e utilizados

em sistemas microcontrolados, que aliavam confiabilidade e rapidez a baixos custos

operacionais. Esta tendncia gerou forte movimentao em fruns internacionais e


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sociedades como ISA (Instrument Society of America), IEC (International

Electrotechnical Commission), Profibus (padro nacional alemo) e FIP (padro

nacional francs). Assim, foi constitudo o comit IEC/ISA SP50 Fieldbus, cujo

objetivo seria a criao e especificao de normas e padres para instrumentao. O

padro a ser desenvolvido deveria integrar os diferentes tipos de instrumentos de

controle, proporcionando uma interface para a operao de diversos dispositivos

simultaneamente e um conjunto de protocolos de comunicao para todos eles.

H cerca de 10 anos, o nvel administrativo j possua o padro TCP/IP, porm, o nvel

de cho-de-fbrica possua outros protocolos denominadosfieldbuses.

Estes protocolos foram se difundindo, devido relao custo-benefcio advinda do uso

de redes industriais de comunicao, quando comparados a sistemas tradicionais de

transmisso de dados. E cada uma destas novas plataformas elaborou sua maneira de

enviar dados do cho-de-fbrica at os nveis mais altos da hierarquia industrial, o que,

apesar dos benefcios gerados, constitui-se em um grande empecilho ao

desenvolvimento e aplicao a nvel global destas tecnologias.

No nvel de controle, a tendncia descentralizao fortemente assumida, onde os j

inovadores SDCD`s (Sistema Digital de Controle Distribudo) do lugar aos FCS (Field

Control Systems), tcnica possibilitada pelo surgimento dos modernos protocolos

fieldbus de comunicao industrial. Assim, a necessidade de controladores nas plantas

industriais , aos poucos, reduzida, sendo a funo dos mesmos realizada agora, pelos

prprios instrumentos. Projetos que implementam transmisses de sinais analgicos tem

se tornado cada vez mais raros, dando lugar, agora, s novas plataformas de

comunicao industrial baseadas exclusivamente em comunicao por intermdio de

sinais digitais.


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2.2. INSTRUMENTAO CONVENCIONAL

Por volta de 1950, j estava consolidado o uso de instrumentao pneumtica, com sinal

de sada de ar normalizado entre 3psi-15psi para sensores e atuadores. Os sinais de

medio e de controle, pneumticos, eram reunidos na sala de operao, onde existia

uma grande quantidade de indicadores, registradores e controladores pneumticos,

sendo o controle, na maioria dos casos, feito varivel a varivel.

Em torno de 1960, comeou a se popularizar a instrumentao eletrnica, em que o

sinal pneumtico foi substitudo por um sinal eltrico contnuo. Neste tipo de sistema, a

medida varivel de processo transformada em um sinal de corrente na faixa 4-20mA.

Foi muito grande, e continua a ser, a quantidade de instrumentos que utiliza o sinal em

corrente. Este tipo de instrumentao analgica conhecido como instrumentao

convencional.

No sistema de instrumentao convencional, a transmisso dos dados realizada a partir

de um par de fios eltricos. Para a transmisso de cada varivel, utilizado um par de

fios que liga o sensor aos controladores da sala de controle. Da mesma forma, um par de

fios utilizado para a transmisso do sinal de controle do controlador para o atuador no

campo. Esta arquitetura pode ser vista na figura 01.


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Figura 01: Sensores e atuadores conectados aos controladores da sala de controle

Um transmissor de 4 a 20, como usualmente chamado, recebe o sinal do transdutor

e o converte em sinal de corrente, da seguinte forma: 4mA para o valor mnimo a ser

medido pelo sensor, e 20mA para o valor mximo a ser medido. Os valores

intermedirios normalmente so proporcionais, com funo de transferncia linear. Se

este no for o caso, a funo de transferncia deve ser conhecida (ou ter valores

pontuais tabelados), para que se efetue a correta correlao entre a corrente e a grandeza

que est sendo medida.

A utilizao da corrente de 4mA como valor mnimo, ao invs de 0mA, deve-se

principalmente a dois fatores. O primeiro que, na maioria dos casos, a alimentao dos

sensores realizada pelo mesmo par de fios que transmite o sinal. Desta forma,

utilizando-se o valor mnimo de 4mA, possvel garantir a alimentao do circuito do

transmissor mesmo quando o valor medido o mais baixo da faixa de medio. Alm

disso, o sinal mnimo de 4mA permite a distino entre o valor mnimo medido e a

presena de algum problema no sensor, no circuito ou na linha de transmisso, como o

rompimento dos cabos de transmisso, detectado quando se recebe qualquer sinal

abaixo de 4mA.


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A razo para se utilizar um sinal de corrente, e no um sinal de tenso, que sinais de

corrente no sofrem o efeito da queda de tenso na linha, nas conexes e nos demais

elementos do circuito. Se fosse transmitido um sinal de tenso, para cada comprimento

de linha de transmisso, haveria diferentes quedas de tenso, o que produziria erros

difceis de serem identificados no sinal recebido. Com o sinal de corrente, isto no

acontece, uma vez que o transmissor ir manter a corrente constante e proporcional

varivel do processo.

Com o passar dos anos, tornou-se cada vez maior a necessidade de se trocar mais dados

entre os sistemas de controle e os instrumentos. Com o sinal analgico de corrente, era

possvel a transmisso de somente um sinal, o valor medido da varivel de processo.

Para suprir essa necessidade por um maior fluxo de informaes, comearam a surgir as

redes de campo. O protocolo HART (Highway Addressable Remote Transducer) foi um

dos primeiros a serem desenvolvidos, e apresentava a vantagem de utilizar o mesmo par

de fios dos instrumentos analgicos 4-20mA para a comunicao.

2.3. PROTOCOLO HART

O protocolo de comunicao HART mundialmente reconhecido como um padro da

indstria para comunicao de instrumentos de campo inteligentes 4-20mA

microprocessados. O uso desta tecnologia vem crescendo rapidamente e hoje

virtualmente todos os maiores fabricantes de instrumentao mundiais oferecem

produtos dotados de comunicao HART.

O protocolo HART possibilita a comunicao digital bidirecional em instrumentos de

campo inteligentes sem interferir no sinal analgico de 4-20mA. Tanto o sinal analgico

4-20mA como o sinal digital de comunicao HART podem ser transmitidos


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simultaneamente na mesma fiao. A varivel primria e a informao do sinal de

controle podem ser transmitidas pelo 4-20mA, se desejado, enquanto que as medies

adicionais, parmetros de processo, configurao do instrumento, calibrao e as

informaes de diagnstico so disponibilizados na mesma fiao e ao mesmo tempo.

A comunicao digital realizada atravs de sobreposio do sinal digital ao sinal de 4-

20mA, utilizando-se o padro Bell 202, de chaveamento por deslocamentos de

frequncia (FSK Frequency Shift Keying). Por ser o sinal digital FSK simtrico em

relao ao zero, no existe nvel DC associado ao sinal e, portanto, ele no interfere no

sinal de 4-20mA. A lgica 1 representada por uma frequncia de 1200 Hz e a lgica

0 representada por uma frequncia de 2200 Hz, como mostrado na figura 02. O sinal

HART FSK possibilita a comunicao digital em duas vias, o que torna possvel a

transmisso e recepo de informaes adicionais, alm da normal que a varivel de

processo em instrumentos de campo inteligentes (FILHO).

Figura 02: Tecnologia FSK utilizada pelo protocolo HART para codificar a informaodigital sobre o sinal de corrente.

O HART um protocolo do tipo mestre / escravo, o que significa que um instrumento

de campo (escravo) somente responde quando perguntado por um mestre. Dois

mestres (primrio e secundrio) podem se comunicar com um instrumento escravo em


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uma rede HART. Os mestres secundrios, como os terminais portteis de configurao

1 , podem ser conectados normalmente em qualquer ponto da rede e se comunicar com

os instrumentos de campo sem provocar distrbios na comunicao com o mestre

primrio. O mestre primrio tipicamente um SDCD, um CLP (Controlador Lgico

Programvel), um controle central baseado em computador ou um sistema de

monitorao. Uma instalao tpica com dois mestres mostrada na figura 03.

Figura 03: Dois equipamentos mestres acessando o mesmo equipamento de campo(escravo)

At hoje, o protocolo HART ainda se apresenta aos usurios como um timo caminho

de migrao da instrumentao analgica para usufruir os benefcios da comunicao

digital para a instrumentao inteligente. Mesmo com o surgimento das redes de campo,

que sero apresentadas na prxima seo, o HART ainda continuar bastante presente,

pois permite os benefcios da comunicao remota, a flexibilidade e a preciso da

comunicao de dados digital, o diagnstico dos instrumentos de campo e o uso de

poderosos instrumentos com mltiplas variveis, sem que haja a necessidade de trocar

sistemas inteiros.


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2.4. REDES DE CAMPO

O surgimento de sistemas hbridos HART, que utilizam a sobreposio de sinal digital

ao sinal analgico, foi um grande passo no sentido da evoluo da instrumentao

industrial. Com a instrumentao inteligente, tornou-se possvel efetuar diagnsticos,

usar indicadores locais digitais que mostram o nome da cadeia de medio, as unidades

utilizadas na apresentao das grandezas, a validade da medio e efetuar a calibrao

numericamente.

Entretanto, com o aumento do nmero de instalaes de grande porte, em que o custo

dos cabos de ligao dos instrumentos constitui uma frao significativa do custo de um

sistema de controle, houve a necessidade de diminuir a quantidade de cablagem numa

instalao. Neste sentido, iniciaram-se as pesquisas para o desenvolvimento de uma

instrumentao ligada em rede.

A instrumentao em rede comeou a aparecer por volta de 1990/1995. Uma vez que se

trata de instrumentao exclusivamente digital, surgiu o seguinte problema: qual o

protocolo que deve ser utilizado de modo a haver interoperabilidade, ou seja, um

instrumento de um determinado fabricante possa ser substitudo por outro de outro

fabricante sem que haja qualquer problema de compatibilidade. Apesar de ter havido

um grande esforo com o objetivo de se utilizar apenas um tipo de rede, com apenas um

protocolo, no tem sido possvel alcanar este objetivo, devido tanto a consideraes de

ordem tcnica quanto a conflitos de interesses econmicos e polticos. Desta forma,

surgiram diversos tipos de redes, conforme a aplicao a que se destinam e a zona

econmica em que esto inseridos os fabricantes. So exemplos as redes AS-i,

DeviceNet, Foundation Fieldbus, Modbus, Profibus.


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2.4.1.Vantagens da instrumentao em rede

A instrumentao em rede tem diversas vantagens quando comparada com a

instrumentao convencional. Algumas destas vantagens so apresentadas a seguir.

Quantidade de informaes transmitidas:

Com a utilizao da comunicao digital, toda a informao de centenas de

malhas e pontos de monitorao pode ser transmitida para o console do operador

na sala de controle com uma nica rede. Ela transporta no somente informaes

de entradas e sadas como variveis manipuladas e de processo, mas tambm

informao operacional, como referncia (setpoint), modo de operao, alarmes

e ajuste em ambas as direes, para a sala de controle.

Assim, tornou-se possvel o processamento distribudo, como tambm

informaes de diagnstico, configurao, alcance, identificao puderam ser

adicionadas, primeiramente nos controladores, mas depois tambm nos

instrumentos de campo, como os transmissores e posicionadores de vlvulas.

Graas s redes, instrumentos de campo podem realizar no apenas operaes de

medio e atuao, mas tambm tm caractersticas e funes de controle e

gerenciamento de ativos.

Comunicao multiponto

Um segundo grande benefcio da comunicao digital a capacidade de conectar

diversos equipamentos ao mesmo par de fios formando uma rede multiponto


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(multidrop) que divide um meio de comunicao comum, como pode ser visto

na figura 04. Comparada com a comunicao analgica, que necessitava de um

par de fios para cada instrumento, isso reduz a quantidade de cabos necessria,

especialmente para a instrumentao em campo envolvendo grandes distncias e

grande nmero de instrumentos. At mesmo para uma quantidade pequena de

instrumentos, a quantidade de cabo necessria bastante reduzida, traduzindo

em economias em equipamentos e instalao.

Figura 04: Equipamentos dividindo um meio de comunicao comum.

Na forma mais simples de comunicao, um equipamento atua como mestre,

solicitando a leitura ou a escrita de um valor em outro equipamento, como um

instrumento de campo, que age como escravo. O escravo, ento, responde

solicitao. Um exemplo deste modo de comunicao um equipamento de

tecnologia HART ou PROFIBUS agindo como mestre e escrevendo um

parmetro em um posicionador escravo de tempos em tempos. Outro exemplo

um CLP mestre lendo uma varivel de processo de um transmissor escravo e,

aps calcular o algoritmo de controle, escrevendo a sada em um posicionador

escravo. Este modo pode ser visto na figura 05.


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Figura 05: Modo de comunicao mestre / escravo

Um outro modo de comunicao o publisher/subscriber. Neste modo, um

equipamento, atuando comopublisherpublica um valor no meio de comunicao, e esta

informao utilizada por todos os equipamentos interessados, que atuam como

subscribers. Esse modo bastante eficiente, pois o valor transmitido por um

instrumento em campo diretamente para outros em uma transmisso nica, atingindo

vrios subscribersde uma s vez. Este mtodo, utilizado pelofieldbus foundation para

o controle em malha fechada, por exemplo, pode ser visto na figura 06.


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Figura 06: Modo de comunicaopublisher / subscriber

Robustez

Em um sistema analgico 4-20mA, os valores so transmitidos em uma variao

infinita de corrente. Um erro no sinal simplesmente leva um sinal vlido para

outro sinal vlido. Mesmo o sinal do mais exato transmissor analgico pode ser

totalmente incerto quando ele chega ao controlador. A comunicao digital tem

a vantagem de ter um sinal muito robusto, com apenas dois estados vlidos (um

e zero). Ele transmitido diretamente ou codificado de alguma forma, e assim,

menos sensvel a perturbaes que um sinal analgico. Ainda mais importante,

usando-se tcnicas de deteco de erros, possvel reconhecer se o sinal foi

distorcido, descartando a mensagem e possivelmente pedir para ela ser

retransmitida. Uma distoro em um sinal analgico no pode ser detectada

porque um sinal distorcido ainda tem a forma de um sinal vlido. Por exemplo,

um sinal analgico que deveria ser 19mA pode variar entre 18,97mA e 19,03mA

devido interferncia eltrica, ou estar limitado a 18mA por insuficincia no


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fornecimento de tenso. Entretanto, no h como perceber este problema, j que

o sinal recebido ainda um sinal vlido.

Interoperabilidade

Um problema potencial na comunicao digital que existem vrias maneiras

diferentes de faz-la. O mtodo de representao, codificao e transmisso de

dados chamado de protocolo. Fabricantes criaram diferentes protocolos, e os

produtos desenvolvidos para um protocolo no se comunicam com aqueles

desenvolvidos para outro. Um dos objetivos dos grupos de padronizao

definir um protocolo padro ao qual todos os equipamentos possam seguir,

tornando, assim, possvel que produtos de diferentes fabricantes comuniquem

entre si. Um ponto chave que o poder de um sistema no est na capacidade

individual de cada um dos equipamentos, mas na habilidade destes

equipamentos de comunicarem um com o outro. Dois dos melhores e mais

poderosos equipamentos que no se integrem perfeitamente no criam uma

soluo to poderosa quanto dois equipamentos mais simples que usam um

protocolo padro.

3. DESENVOLVIMENTO

3.1. DEFINIO DO FIELDBUS


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O fieldbus pode ser definido como uma rede digital, bidirecional (de acesso

compartilhado), multiponto e serial, utilizado para interligar os dispositivos primrios

de automao (dispositivos de campo) a um sistema integrado de automao e controle

de processos.

Cada dispositivo de campo pode possuir uma inteligncia (microprocessado), o que o

torna capaz de executar funes simples em si mesmo, tais como diagnstico, controle e

funes de manuteno, alm de possibilitar a comunicao entre dispositivos de campo

(no apenas entre o engenheiro e o dispositivo de campo). Em outras palavras, o

fieldbusveio para substituir o controle centralizado pelo distribudo.

3.2. HISTRICO DO FIELDBUS

Durante os anos 1980, um grande esforo foi aplicado no desenvolvimento de um

padro para comunicao digital de instrumentos de campo. O crdito para este

desenvolvimento vai para os membros do comit (SP50) da ISA, que gastaram anos

definindo os requisitos tcnicos e chegar a um consenso para redes de campo.

Neste meio tempo, fabricantes comearam a desenvolver seus prprios padres

proprietrios de comunicao digital. Esses esforos mltiplos resultaram em uma srie

de protocolos concorrentes, nenhum deles compatvel entre si.

No fim do ano de 1994, o caminho para as redes de campo tomou uma nova e

promissora direo. Dois consrcios de fabricantes a InterOporable Systems Project

(ISP) e a WorldFIP North America se uniram para formar a Fieldbus Foundation.

Esta nova organizao imediatamente aplicou todos os seus esforos para alcanar um

padro aceito internacionalmente. A Fieldbus Foundation organizou programas de


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desenvolvimento, conduziu testes de campo, e estabeleceu o mais rigoroso programa de

testes e registros de equipamentos de campo da indstria.

Trabalhando lado a lado, fabricantes, usurios, instituies acadmicas e outras partes

interessadas tornaram-se membros da fieldbus foundatione desenvolveram um padro

aberto, no-proprietrio, conhecido como foundation fieldbus. Esta avanada soluo

foi criada para possibilitar aplicaes crticas de controle em que a transferncia e a

manipulao dos dados so essenciais. A tecnologiafoundationfoi criada para substituir

redes e sistemas incompatveis por uma arquitetura aberta e totalmente integrada para o

controle distribudo em tempo real e a convergncia de informaes do

empreendimento.

Ao lado da tecnologia profibus,o foundation fieldbus a tecnologia mais utilizada na

instrumentao de plantas industriais atualmente.

3.3. A TECNOLOGIA FIELDBUS FOUNDATION

O foundation fieldbus um sistema de comunicao totalmente digital, serial e

bidirecional, que interconecta equipamentos de campo, como sensores, atuadores e

controladores. Ele uma rede local (LAN Local Area Network) para instrumentos,

usado tanto na automao de processos quanto da manufatura, com a capacidade de

distribuir o controle atravs da rede. A hierarquia de uma rede utilizando foundation

fieldbuspode ser observada na figura 07.


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Figura 07: Hierarquia de rede utilizandofieldbus foundation

Dois nveis do protocolo foundation fieldbus foram desenvolvidos, cada um para

diferentes aplicaes na automao de processos. Estes dois nveis utilizam diferentes

meios fsicos e velocidades de comunicao:

H1: trabalha a uma velocidade de 31,25kbit/s e utilizada para conectar a

instrumentao de campo. Geralmente utiliza como meio fsico um par tranado

de fios, e prov comunicao e alimentao pelo mesmo par de fios.

HSE (High Speed Ethernet): empregada para conectar o nvel H1 s estaes de

operao, aos controladores mais rpidos como CLP`s, alm de permitir a

conexo entre diferentes nveis H1. Tem velocidade bastante superior, de

100Mbit/s, e utiliza geralmente cabo Ethernet padro como meio fsico no

provendo alimentao pelo mesmo meio.

Na figura 08, pode-se observar a topologia de uma rede foundation fieldbus. O linking

device o dispositivo responsvel pela ligao entre os nveis H1 e HSE.


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Figura 08: Os nveis H1 e HSE da redefieldbus foundation

A arquitetura de rede baseada no modelo de referncia OSI Open System

Interconnection estabelecido pela ISO1 e recomendado como uma arquitetura padro

para redes. O modelo OSI estabelece, na ligao de um dispositivo a uma rede, um

conjunto de sete camadas hierarquizadas. Todos os dispositivos que possam ser ligados

rede tm camadas anlogas. A informao circula dentro de cada dispositivo entre

camadas hierarquicamente adjacentes, do nvel mais alto para o mais baixo quando

enviada, e do nvel mais baixo para o mais alto quando recebida. Veja na figura 09.


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Figura 09: Camadas do modelo OSI e do modelofoundation fieldbus

Para a rede foundation fieldbus, so utilizadas trs das sete camadas do modelo OSI e

uma camada adicional, como pode ser visto na figura 09. A camada de nvel hierrquico

mais baixo, designada por camada fsica, a que se encontra fisicamente ligada rede.

por esta camada que transitam os sinais fsicos de comunicao entre os diversos

dispositivos ligados rede. A camada imediatamente acima da camada fsica a

camada de enlace de dados (data link layer DLL). Esta camada controla o envio e o

recebimento de mensagens na rede.

3.3.1.Camada fsica

A camada fsica recebe a informao codificada da pilha de comunicao, convertendo-

a em sinais fsicos (tenses e correntes) que circulam atravs do meio fsico de

comunicao e vice-versa. O meio fsico utilizado pelas redes foundation fieldbus

definido pela IEC1 e pela ISA. Para a rede H1, o meio especificado o par tranado,

que permite tambm alimentar os dispositivos ligados rede.


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Como a alimentao dos dispositivos realizada pela prpria rede, esta deve estar

ligada a pelo menos uma fonte de alimentao. A tenso de alimentao contnua e

varia entre 9V e 32V para aplicaes de segurana intrnseca, esta tenso de

alimentao depende da barreira de segurana intrnseca. O sinal de informao

transmitido por meio de corrente na linha. O transmissor modula o sinal variando a

corrente em +10mA ou -10mA. Como a linha tem impedncia de 50ohms, estas

variaes de corrente originam variaes de +0,5V e -0,5V na tenso.

Observa-se, assim, na rede, uma tenso contnua a que se sobrepe um sinal de 1.0V

pico a pico. Este funcionamento pode ser visto na figura 10

Figura 10: Corrente e tenso para comunicao na redefoundation fieldbus

A codificao do sinal feita utilizando-se a tcnica Manchester Bifase-L. Trata-se de

uma comunicao sncrona, j que o sinal de clock enviado juntamente com o sinal de

dados. Como pode ser visto na figura 11, o sinal enviado corresponde funo XOR

negada dos sinais de clocke de dados. O dispositivo receptor do sinalfieldbusinterpreta

uma transio positiva na metade do tempo do bitcomo um 0 lgico, e uma transio

negativa como um 1 lgico.


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Figura 11: Codificao manchester bifase-L

3.3.2.Camada do usurio

A fieldbus foundation definiu uma camada do usurio baseada em blocos. Os blocos

representam as diferentes funes da camada do usurio, e so divididos em trs tipos:

Resource block: Descrevem as caractersticas do dispositivo fieldbus, como

nome do dispositivo, fabricante, nmero de srie. H apenas um resource block

em cada dispositivo.

Function blocks: Representam as funes ou algoritmos a serem executados pelo

sistema. A fieldbus foundation definiu conjuntos de function blocks padres.

Entre eles, pode-se citar blocos de entrada analgica (Analog Input AI), sada

analgica (Analog Output AO), entrada digital (Digital Input DI), sada

digital (Digital Output DO), controlador PID

(Proportional/Integral/Derivative).

Os function blocks para cada dispositivo podem ser selecionados conforme a

funcionalidade desejada. Por exemplo, um simples transmissor de temperatura


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precisa conter apenas um bloco AI. J uma vlvula de controle pode conter um

bloco PID, alm do bloco AO. Desta forma, uma malha de controle completa

pode ser realizada utilizando apenas um transmissor de temperatura e uma

vlvula de controle, como pode ser visto na figura 12.

Figura 12: Exemplo de uma malha de controle completa utilizandofunction blockslocalizados nos dispositivosfieldbus

Transducer Blocks: Conecta os function blocksao mundo externo, cuidando de

detalhes relativos ao hardware de cada equipamento, como calibrao do sensor,

tipo do sensor, diagnstico, faixa de operao. Existe normalmente um

transducer blockpara cadafunction blockde entrada ou sada.

3.3.3.Topologias dofoundation fieldbus

Vrias topologias podem ser aplicadas em projetos fieldbus. A figura 13 ilustra quatro

topologias que sero discutidas em detalhes a seguir. De forma a simplificar e tornar

mais claro os grficos, as fontes de alimentao e os terminadores foram omitidos

destes.


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Figura 13: Topologias possveis de ligaofieldbus

As topologias mais comumente utilizadas em sistemasfieldbus so:

Topologia de barramento com spurs

Nesta topologia utiliza-se um barramento nico onde equipamentos ou

barramentos secundrios (spurs) so conectados diretamente a ele. Pode-se ter

ainda vrios equipamentos diferentes em cada spur(figura 14).

Figura 14: Topologia de barramento com spurs

Topologia ponto-a-ponto

Nesta topologia tem-se a ligao em srie de todos os equipamentos utilizados

na aplicao (figura 15). O cabo fieldbus roteado de equipamento para

equipamento neste seguimento e interconectado nos terminais de cada

equipamento fieldbus. As instalaes que utilizam esta topologia devem usar


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conectores de forma que a desconexo de um simples equipamento no

interrompa a continuidade do segmento.

Figura 15: Topologia ponto-a-ponto

Topologia em rvore

A topologia em rvore concentra em acopladores/caixas de campo a ligao de

vrios equipamentos. Devido a sua distribuio, esta topologia conhecida

tambm como p de galinha (figura 16).

Figura 16: Topologia em rvore

Topologia end-to-end

Esta topologia utilizada quando se conecta diretamente apenas dois equipamentos.

Esta ligao pode estar inteiramente no campo (um transmissor e uma vlvula sem

nenhum outro equipamento conectado figura 17) ou pode ligar um equipamento de

campo (um transmissor) ao device host.


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Figura 17: Topologia "end-to-end"

3.3.4.Vantagens dofoundation fieldbus

Neste item, sero apresentadas algumas vantagens da utilizao de instrumentao

foundation fieldbusem relao instrumentao analgica convencional e a outros tipos

de redes de campo.

Reduo de equipamento

O foundation fieldbus utiliza function blocks para implementar a estratgia de

controle. Muitas das funes do sistema de controle, como entrada analgica,

sada analgica, controlador PID, podem ser realizadas pelos instrumentos,

atravs do uso dos function blocks. Desta forma, equipamentos utilizados na

instrumentao convencional e tambm em instrumentao profibus, j que

esta tecnologia no oferece funes de controle nos instrumentos no so mais

necessrios, como pode ser observado na figura 18.


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Figura 18: Reduo de equipamentos proporcionada pelofoundation fieldbus

O controle distribudo nos instrumentos de campo pode reduzir o equipamento

de controle necessrio, incluindo cartes de entradas e sadas, painis e fontes de

alimentao.

Devido alimentao dos instrumentos por um barramento, e no um a um,

pode-se reduzir consideravelmente o nmero de barreiras de segurana

intrnseca. A segurana intrnseca uma forma de possibilitar o funcionamento

de um dispositivo eltrico em uma rea classificada um ambiente sujeito

presena de atmosferas potencialmente explosivas garantindo que ele no tem

condies de iniciar uma exploso. Barreiras de segurana intrnseca devem ser

usadas nestas reas, como ocorre nas plantas de leo e gs. As barreiras de

segurana intrnseca limitam a energia do circuito de alimentao dos

instrumentos, de forma que estes, mesmo em situao de falha, no liberem

energia suficiente para provocar a ignio da atmosfera explosiva. Em

instrumentao convencional, como a alimentao individual para cada

instrumento, deve haver uma barreira de segurana intrnseca para cada

instrumento que esteja em uma rea classificada. J para instrumentao

foundation fieldbus, em que a alimentao realizada pela rede, deve haver


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apenas uma barreira de segurana intrnseca por segmento da rede. Esta reduo

de barreiras de segurana intrnseca (representadas por I.S.) pode ser vista na

figura 19.

Figura 19: Reduo de barreiras de segurana intrnseca

Reduo de cabos

Para a instrumentao analgica convencional, necessria a utilizao de um

par de fios para a ligao entre cada instrumento e o sistema de controle. J para

a instrumentao em rede, como foundation fieldbus, os instrumentos so

ligados em um barramento, reduzindo bastante a quantidade de cabos necessria.

Alm dos custos, a quantidade menor de cabos reduz tambm o trabalho de

instalao, reduzindo o tempo de construo e partida da planta.

Quantidade e qualidade dos dados

Na instrumentao convencional, a quantidade de informao disponvel ao

usurio no ia muito alm das variveis de processo. Com ofoundation fieldbus


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esta quantidade muito maior, devido principalmente s facilidades da

comunicao digital.

Alm disso, ofieldbusaumentou a resoluo e minimizou a distoro dos dados,

o que d maior confiabilidade ao controle. Aliado a isto, existe o fato de o

controle ocorrer nos dispositivos de campo, o que melhora o desempenho da

malha de controle.

O fieldbuspermite que mltiplas variveis de cada instrumento sejam enviados

ao sistema de controle, para arquivamento, anlise de tendncia, estudos de

otimizao do processo, gerao de relatrios. As caractersticas de alta

resoluo e ausncia de distoro da comunicao digital melhoram a qualidade

do controle, o que pode aumentar o rendimento da produo.

Manuteno

Dispositivos fieldbus, com comunicao microprocessada, permitem que os

erros de processo possam ser reconhecidos mais rapidamente e com uma maior

certeza. Como consequncia, os operadores da planta so notificados de

condies anormais ou da necessidade de manuteno preventiva, e podem

tomar melhores decises sobre a produo. Os problemas que diminuem a

eficincia operacional so corrigidos mais rapidamente, permitindo um aumento

no rendimento.

As potencialidades ampliadas de diagnstico dos dispositivos de campo

possibilitam monitorar e registrar condies como desgastes de vlvulas e mau

funcionamento de transmissores. O pessoal da planta pode executar a


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manuteno proativa sem causar uma parada programada, evitando ou reduzindo

assim o tempo ocioso da planta.

Interoperabilidade

Como o foundation fieldbus um protocolo aberto, fabricantes podem fornecer

dispositivos que operaro juntos com dispositivos de outros fabricantes.

Alm disso, o fato de os dispositivos oferecerem sempre os function blocks

bsicos, um instrumento que esteja operando na planta pode ser substitudo por

um outro de um fabricante diferente, mantendo a operabilidade da planta.

Facilidades grficas para interao humana

o DD (device description)

Para a interface com os dispositivos de campo, os softwares de

gerenciamento de ativos utilizam-se de driverspara possibilitar a obtenode parmetros advindos dos dispositivos. Trata-se de um conjunto de

informaes tcnicas singulares a cada instrumento, chamadas device

description (DD descrio de dispositivo), as quais so fornecidas pelo

prprio fabricante. Desta forma, informaes complexas que circulam

atravs do barramento podem ser simplificadas, trazendo benefcios

diversos como, por exemplo, a troca de informaes entre vrios

dispositivos de uma dada rede sem a necessidade de instalao de um driver

adicional para tanto (BERGE).


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O DD formado a partir de um texto estruturado e carregado na base de

dados dos sistemas de controle e dos softwaresde gerenciamento de ativos.

A figura a seguir ilustra um exemplo de como a informao estruturada

(figura 20):

Figura 20 - Estrutura de um device description

o EDDL (enhanced device description language)

Os EDDLs (linguagem de descrio de dispositivos aperfeioada) so uma

evoluo dos DDs, como o objetivo de estender o conceito de

interoperabilidade para a interface grfica e para os diagnsticos dos

dispositivos. O layout da interface grfica determinado pelo fabricante do

host. Assim, o mesmo dispositivo poder apresentar visualizaes diferentes

de acordo com o sistema empregado, sendo, porm, a informao detalhada

acerca de cada dispositivo detalhada e fornecida pelo fabricante do mesmo(BAIO) (figura 21).


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Figura 21 - Tela de configurao e visualizao de um EDDL

o FDT/DTM (field device tool / device type manager)

Paralelamente aos EDDLs, surgiram os FDTs (ferramentas de dispositivos

de campo) e os DTMs (gerenciamento de tipos de dispositivos). So ambos

uma tecnologia de software usada para integrar dispositivos de campo ao

sistema de controle, constituindo-se de trs partes: Um DTM, escrito pelo

fabricante, um BTM (block type manager gerenciador de tipos de blocos),

escrito pelo fabricante do instrumento para blocos do FF (foundation

fieldbus) e, por fim, um ambiente de software, o FDT, que disponibiliza um

conjunto de servios de software que suportam a comunicao com o

dispositivo de campo (figura 22). Este ltimo no possui informaes acerca


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dos dispositivos, disponibilizando, apenas, servios de interface com

programas.

O DTM faz interface com o FDT para trocar todas as informaes

requeridas em relao ao dispositivo de campo, sendo as operaes do

dispositivo executadas pelo DTM. O BTM, por sua vez, responsvel pela

interface com o FDT para trocar todas as informaes requeridas em relao

aos blocos de informao, sendo todas as operaes do bloco executadas

pelo BTM. Apesar da ampla gama de tecnologias envolvida em

gerenciamento de ativos, no so todos os sistemas que conseguem

empreg-las. Portanto, devem-se observar as limitaes e necessidades do

sistema que se pretende implantar.

Figura 22 - Tela de visualizao e configurao de um DTM


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3.4. MERCADO BRASILEIRO PROJETOS FIELDBUS

Ao longo dos ltimos anos, diversas empresas de engenharia e usurios finais esto se

dedicando a avaliar diferentes sistemas baseados na tecnologia foundation fieldbus,

procurando assim entender e tirar o maior proveito desta nova tecnologia.

Esse aprendizado traz a descoberta dos benefcios e principalmente das dificuldades e

dos desafios a serem superados para obter o mximo de funcionalidade de uma planta

com reduo de custos operacionais e melhorias considerveis nos padres produtivos

da empresa.

Nesse capitulo abordado algumas experincias e situaes adversas que as empresas

vm enfrentando para utilizar os recursos dofoundation fieldbus.

Para se comear a discutir o assunto, precisa-se primeiramente fazer uma diviso, uma

linha do tempo, para analisar duas situaes distintas:

Benefcios e economias dofieldbusantes do start-up

Benefcios e economias dofieldbusdepois do start-up

3.4.1.Fieldbusantes do start-up

As economias do uso do fieldbus at a partida podem ser facilmente mensurveis,

entretanto existem outros fatores que devem ser considerados:

Confiana na tecnologia


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O medo do desconhecido uma das mais fortes caractersticas do ser humano,

influenciando diretamente nas nossas vidas, e por esta razo o primeiro desafio

que a tecnologiafieldbusenfrenta.

O medo s pode ser superado ou minimizado ao longo do tempo, onde a busca

da confiana vai sendo adquirida atravs do aumento de informao formando

um conceito positivo sobre o assunto.

Reduo de cabos/equipamentos

Conforme mencionado anteriormente, a reduo de cabos pode ser mensurvel

comparando a tecnologiafieldbuscom a instrumentao analgica convencional.

Para a instrumentao analgica convencional, necessria a utilizao de um

par de fios para a ligao entre cada instrumento e o sistema de controle. J para

a instrumentao em rede, como foundation fieldbus, os instrumentos so

ligados em um barramento, reduzindo bastante a quantidade de cabos necessria.

Alm dos custos, a quantidade menor de cabos reduz tambm o trabalho de

instalao, reduzindo o tempo de construo e partida da planta.

Uma aplicao de fcil aceitao, quando o tema reduo de cabos e ainda

aumento de confiabilidade /disponibilidade, a troca de multicabos de extenso

de termopares, por transmissores multivariveis (8 entradas) em fieldbus

intrnsicamente seguros montados diretamente nas caixas de junes no campo.

Em uma tpica unidade de destilao atmosfrica onde cerca de 300 termopares

so utilizados para monitorao de Temperatura, seriam instalados perto de 15

multicabos de 24 pares at as salas auxiliares (nos SDCD convencionais), podem

ser substitudos por (300/8/12=~4) 4 cabos tipo A.


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Outros ganhos:

- apenas uma barreira para cada segmento, ao invs de 300

- eliminao de vrios terminais (Rearranjo, Barreira, Carto de Entrada do

SDCD)

- substituio a quente

- eliminao das rejeies de modo comum em Termopares com junta quente

aterradas.

- possibilidade de antecipar a troca do Termopar antes de falha, graas aos

aplicativos de diagnsticos avanados.

Em resumo: como em uma refinaria, as temperaturas chegam a 90% das

variveis monitoradas e na maioria, possuem dois trens de destilao,

facilmente comprovada as redues de at US$ 2Milhes, com esta tecnologia.

Confiabilidade de segmento

A confiabilidade do segmento pode ser dividido em diversos fatores:

o Quebra do Cabo

Conforme j discutido os instrumentos fieldbus so ligados a um

barramento, reduzindo bastante a quantidade de cabos necessria, entretanto

a quebra de cabos um fator crucial para a confiabilidade do segmento.


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Este problema pode ser minimizado no projeto de encaminhando dos cabos,

ou seja, utilizando um bandejamento apropriado para o encaminhamento

dos cabos.

Alm disso, hoje em dia pode-se utilizar topologias em U, utilizando desta

forma a redundncia no encaminhamento dos cabos ao host do sistema.

Outro ponto que se pode observar neste tpico e sobre a eletrnica das

caixas de juno que possuem proteo contra-curto nos spurse deteco de

curto e circuito aberto no barramento, possibilitando desta forma uma maior

confiabilidade no sistema como um todo.

o Rudo de informaes

Conforme discutido anteriormente, o fieldbus permite que o controle seja

feito no campo, distribudo pelos instrumentos, entretanto o uso dessa

ferramenta no obrigatria, em muitos projetos, ou na maioria deles, o

controle continua sendo feito pelo host.

E por que a maioria dos projetos tem controle no host? A resposta rudo,

ou seja, rudo de informaes, tais como:

Medo do desconhecido

Dificuldade pelos fabricantes de configurar o controle no campo

Vantagens comerciais dos fabricantes dos host.

o Tempo (macrociclo)


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Um importante aspecto quando se trabalha com sistemasfieldbus o tempo

gasto para que todos os devices da linha possam publicar parmetros de

controle e monitorao de um processo. Este tempo deve ser minimizado

tanto quanto possvel pois pode-se comprometer o tempo de atualizao dos

links entre os blocos funcionais que operam na malha de controle em

relao a velocidade do processo.

O macrocycle determinado por:

Tempo de execuo do bloco de funo

Tempo de transmisso das mensagens cclicas

Espaos de tempo entre as mensagens determinadas pelos

parmetros de rede

Tempo reservado as mensagens acclicas

O tempo de execuo do bloco de funo depende do tipo de

bloco, do hardware e do design no software

No clculo do tempo, apenas os blocos executados

consecutivamente so considerados. Blocos em dispositivos diferentes

podem executar em paralelo

Figura 23 Tempo de escalonamento


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Utilizando-se o host como executar da lgica, o tempo total a soma do

tempo de publicao no segmento + tempo de scan do SDCD.

Em complemento ao assunto discutido no tpico acima (rudo), o conjunto

medo do desconhecido agregado com interesses comerciais acabam

limitando o uso dos controles no campo, isto pode ser facilmente visto em

alguns critrios e/ou especificaes tcnicas que restringem os tempos

impossibilitando desta forma o atendimento do mesmo.

o Layout

O estudo do layout um dos processos mais importante do projeto, uma vez

que juntamente com a localizao dos instrumentos e com a definio de

sua criticidade de malhas pode-se definir os segmentos, a quantidade de

caixas de junes e consequentemente a quantidade de cabos e infra-

estrutura necessria.

o Criticidade das malhas

A criticidade das malhas a separao dos nveis das malhas, normalmente

segregadas de 1 a 4, onde o nvel 4 define as malhas de monitorao e o

nvel 1 as malhas mais criticas da planta.

Conforme comentado acima, no layout, a criticidade das malhas tem um

papel importante na definio dos segmentos e consequentemente no

resultado final da economia de materiais.


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No existe uma regra nica no agrupamento das malhas nos segmentos, isso

vai depender do cliente final definir um critrio a ser seguido, mas

normalmente as malhas de monitorao (nvel 4) podem estar presentes em

todos os segmentos e as malhas criticas (nvel 1) segregadas das demais.

o Encaminhamento de cabos

O ultimo item destacado, mas no menos importante o encaminhamento

dos cabos, onde alguns aspectos devem ser levados em considerao, como

por exemplo, a segregao dos cabos e a rota a ser escolhida.

A rota deve ser escolhida considerando o layoutda planta, levando em conta

principalmente as interferncias (canaletas, bombas, estruturas, etc). Com

relao a segregao de cabos, alguns aspectos devem ser considerados

como a segregao dos tipos de sinais (sinais eltricos, alimentao,

milivolts, analgicos/discretos, redes, etc) e a distancia mnima entre eles.

Os itens descritos neste item so os principais fatores que devem ser considerados num

projeto fieldbus, para garantir a confiabilidade do sistema, juntamente com as

economias que a tecnologia traz levando em conta os cuidados e as regras bsicas para o

perfeito funcionamento do sistema.

3.4.2.Fieldbusdepois do start-up


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As economias do uso do fieldbus aps a partida so relativas, dependem muito da

mudana de habito, da mudana de rotina de trabalho para realmente conseguir extrair

os benefcios que a tecnologia nos traz.

Para entendermos melhor,deve-se entender o que um gerenciamento de ativos.

3.4.3.Gerenciamento de ativos

Os custos envolvidos na manuteno de equipamentos podem representar valores

significativos no oramento de uma indstria. , cada vez mais, buscada a reduo no

tempo de paradas de operao para manuteno, e equipamentos que permitem insero

e remoo a quente (sem interrupo do processo) tem ganhado preferncia na escolha

para projetos, constituindo-se o gerenciamento de ativos on-line em uma tcnica

certamente mais gil e simplificada de manuteno de plantas industriais quando

comparada aos conceitos convencionais de correo em equipamentos.

Gerenciamento de ativos pode ser definido como a manuteno de equipamentos de

maneira a oferecer mximo desempenho e com um mnimo custo a uma plana

juntamente com o seu ciclo de vida (CHAYA). Por ativo entende-se tratar de cada

instrumento, vlvula, equipamento rotativo e dispositivos semelhantes presentes em

uma empresa que necessite de monitorao e manuteno. Para a aplicao desta

tcnica, trs aspectos em um sistema de gerenciamento de ativos devem ser observados.

Dispositivos de campo inteligentes: so utilizados para se obter informaes

de status de sua operao como tambm do processo;


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Protocolo de comunicao: deve-se empregar um protocolo de comunicao

que seja capaz de transmitir informao de qualquer fabricante de

dispositivo de campo;

Softwareon-line: trata-se de um softwarededicado que fornece ferramentas

necessrias anlise e exibio de informaes vindas de diversos

dispositivos de campo para ajudar a equipe de operao e manuteno

(BAIO).

Os sistemas fieldbus disponibilizam ferramentas para gerenciamento de ativos que

cobrem pequenas reas com baixo volume de informao, como estgios reduzidos de

processos ou plantas pilotos. Por isso, aliado s modernas tecnologias de comunicao

industrial em rede, para aplicaes extensivas devem ser empregados softwares

dedicados operando em modo stand-alone, possivelmente em conjunto com sistemas

supervisrios.

As modernas tecnologias de gerenciamento de ativos possibilitam a realizao de

calibraes on-line, ajustes de range, caractersticas construtivas de dispositivos e

estatsticas operacionais de cada um deles. Adicionalmente, rotinas de auto-diagnstico

geram rotinas de verificao automtica e informam ao sistema se a informao

fornecida por um dado dispositivo confivel ou no. A integrao destas informaes

amplamente facilitada pelas tecnologias fieldbus, medida que dados no formato deblocos, como utilizado em FF e profibus (que fornecem informaes atravs de seus

blocos de recursos e de transdutor) tornam possvel a transferncia de informaes

complexas pela rede. Utilizando-se defieldbuses, pode-se obter disponibilidade de todas

as informaes dos ativos a partir dos servidores. Com tcnicas obsoletas, estas


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informaes, alm da configurao de parmetros como range, deveriam ser colhidas

manualmente no prprio instrumento e com dispositivos auxiliares, muitas das vezes,

prprios do fabricante de cada equipamento.

A manuteno de uma planta pode ser realizada, basicamente, de quatro formas, a

saber:

Manuteno corretiva/reativa

A manuteno corretiva/reativa realizada quando da deteco de falha em

dispositivos. Pode apresentar riscos maiores ao processo, a planta pode no

ser segura quando o dispositivo no opera de forma correta.

Um dispositivo em falha pode causar paradas indesejadas na produo

podendo, at mesmo, reduzir a qualidade do produto final. O uso de

fieldbusespode ser til neste tipo de manuteno, pois possibilita correes

mais velozes e eficazes e insero/remoo a quente de dispositivos

(BERGE).

Manuteno preventiva

executada com paradas na planta produtiva, dada a necessidade ou no de

manuteno nos equipamentos. No muito eficiente, pois produz paradas

produtivas que podem ser desnecessrias e aumenta o tempo das mesmas.

Ainda assim, o uso de fieldbuses pode reduzir este tempo e melhorar as


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caractersticas do servio, uma vez que so armazenados dados de

calibraes recentes ou intervenes para servios no campo (BERGE).

Manuteno preditiva

Tambm desempenhada periodicamente, necessitando ou no de

manuteno nos equipamentos. Entretanto, o intervalo de servio

otimizado utilizando-se taxas de falha e estatsticas reunidas de cada tipo de

dispositivo, por longos perodos de funcionamento. Ainda h certo

desperdcio de recursos, embora menor quando comparado aos esquemas de

manuteno corretiva e preventiva. O uso de fieldbuses pode ser til

medida que a deteco de falhas executada de forma mais precisa quando

da falha de dispositivos, aliada deteco de desvios sobre padres de

desempenho registrados pelo sistema (BERGE).

Manuteno pr-ativa

O esquema de manuteno pr-ativa voltado para os equipamentos que

realmente necessitam de interveno, minimizando, entretanto, intervenes

crticas no processo e priorizando-se a correo de defeitos antes que os

mesmos ocorram, possibilitando melhor programao para execuo destas

atividades. Assim, so evitadas as aes em dispositivos que no necessitem

de correes.


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As tecnologias fieldbus adicionalmente aos diagnsticos monitoram

continuamente erros que podem levar a falhas, como desgaste de

componentes, fadigas, depreciao e exposio a condies extremas de

ambiente, alm do nmero de operaes j realizadas pelo dispositivo

cruzada com sua vida til estimada. Assim, possibilita-se a previso de

falhas sem a necessidade de coleta manual de dados e subseqente insero

no sistema (BERGE).

Diagnsticos avanados

Os diagnsticos fornecidos ao sistema de controle pelos instrumentos

inteligentes dividem-se em duas categorias: diagnstico interno da

eletrnica do instrumento e diagnstico interno do software de

Gerenciamento de Ativos. Desta forma, o sistema de diagnsticos, em geral,

funciona a partir do aprendizado por parte do software utilizado que detecta

a decorrncia de alguma situao atpica (figura 24). Como exemplo, pode-

se citar o entupimento de uma das vias de uma vlvula, onde um rudo

caracterstico de uma vlvula operando em condies normais registrado e

comparado caso o sistema detecte alguma anormalidade em sua operao. O

entupimento da via causa uma sensvel alterao do rudo proveniente da

vlvula, e este defeito prontamente detectado e informado s equipes de

operao e manuteno para os procedimentos cabveis.


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56

Figura 24 - Tela do softwarefieldcare, dedicado a gerenciamento de ativosFonte: Endress+Hausser, 2009

Como se pode perceber a forma de planejar e executar a manuteno traz

um grande impacto no rendimento da planta, dependendo do tipo de

manuteno aplicada pode-se evitar paradas indesejadas e perdas

indesejadas na produo.

No captulo a seguir analisa-se o estudo de viabilidade de uma planta fieldbus

foundation.

4. ESTUDO DE VIABILIDADE PROJETOFIELDBUS

O estudo a seguir faz uma anlise aprofundada do ciclo de vida do projeto/planta,

relacionando os custos de sua implementao juntamente com o valor agregado da

mesma.


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57

4.1. INTRODUO

Segue abaixo, na tabela 01, as premissas que utilizaremos nesse capitulo.

Total Custo Instalado (TIC) + Total Custo Operacional (TOC) = Total Custo Ciclo de Vida (TLC)Total Valor Instalado (TIV) + Total Valor Operacional (TOV) = Total Valor Ciclo de Vida (TLV)

Valor = Benefcios Custos

Tabela 01: Referncia

Onde:

TIV - total valor instalado: o valor total da automao incluindo compra,

instalao, interligao, engenharia e comissionamento. O uso do fieldbus

foundation acarretar na reduo da interligao, terminao, diagrama de

malhas e comissionamento, comparando-se com a instrumentao

convencional (4-20mA).

TOV - total valor operacional: o valor total da operao e manuteno

relativa automatizao depois do comissionamento. O uso de instrumentos

inteligentes permite mudar as prticas de manuteno de preventivo para

pr-ativa. Reduo de intervenes e paradas planejadas reduzir os

custos da manuteno atravs de informaes obtidas dos dispositivos

inteligentes, permitindo a otimizao da planta.

Valor = benefcios custos: o valor dos benefcios so obtidos atravs da

instalao de instrumentos inteligente, utilizando-se a comunicao digital,

permitindo desta forma a utilizao de informaes valiosas para otimizar a

operao e ao mesmo tempo conseguir reduzir os custos de manuteno.


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58

O objetivo deste estudo o de identificar oportunidades para redues de custos em

Gastos de Capital (CAPEX) e em lucros adicionais nos Gastos Operacionais (OPEX).

Os diversos elementos associados engenharia de projeto, comissionamento e ps-

partida (manuteno e operao) sero analisados a seguir para determinar as economias

de capital e de execuo do projeto.

Uma das medies primrias de desempenho a efetividade geral dos equipamentos

(OEE). Este ndice a disponibilidade da planta multiplicada pela capacidade da planta

multiplicada pela qualidade do produto. A nfase na melhoria da OEE significa uma

boa utilizao dos recursos. A boa utilizao dos recursos significa um melhor retorno

do investimento. Poder dispor de dispositivos inteligentes de campo com alertas

preditivos significa uma ajuda na garantia da disponibilidade e da capacidade desta

planta. Esses alertas preditivos podem ser alarmes de aviso, manuteno ou falha. Eles

ajudam o operador a reagir de maneira adequada durante situaes anormais.

Outro desafio a reduo do custo CAPEX. Uma pergunta que deve ser feita se o

investimento em tecnologia preditiva vai aumentar a eficincia da operao da planta e

vai reduzir os custos de manuteno e de mo de obra.

Os benefcios do custo do ciclo de vida total com relao operao da planta so

examinados em relao variabilidade do processo, manuteno do controle

otimizado e implementao de estratgias de controle de processo avanadas onde

apropriado. A utilizao de instrumentos de melhor qualidade para reduzir a

variabilidade. A soluo de gerenciamento de ativos reduz o MTTR (tempo mdio entre

reparos) associado aos instrumentos inteligentes de campo.

O diagnstico remoto de gerenciamento de ativos reduz o nmero de vezes que o

tcnico precisa ir ao campo. A segurana do pessoal aumenta medida em que diminui

o tempo de trabalho em reas perigosas da planta. A manuteno reativa e preventiva


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foi elevada a manuteno preditiva e proativa como resultado direto do diagnstico

avanado dos dispositivos de campo

4.1.1.Preos de referncia

Segue abaixo, na tabela 02, os preos de referencia para os materiais auxiliares, que

utilizaremos nesse capitulo.

Item Descrio Detalhes Material Homen-horaU$/ft Mh/ft

CabosCabo de Instrumenta o 1,0 mm2+Shield $0.16 or ft 0.02 Mh. or ftCabo de Instrumenta o 1 0 mm2 $0.12 or ft 0.02 Mh. or ft

Termo ar ti o J Termo ar ti o J $1.00 or ft 0.02 Mh. or ft

CabosInstr.

Cabo - 1 terno 18 a. Anal ico ou Fieldbus 24 0.022 Mh. or ft.Cabo - 2 terno Anal ico ou Fieldbus 24 0.022 Mh. or ft.

Cabo - 8 terno Anal ico ou Fieldbus 24 0.028 Mh. or ft.Cabo - 16 terno Anal ico ou Fieldbus 24 0.034 Mh. or ft.Cabo - 36 terno Anal ico ou Fieldbus 24 $4.72 or ft. 0.039 Mh. or ft.

Cabo - 1 ar 18 a. Discreto 120 Vac 0.022 Mh. or ft.Cabo - 2 ar Discreto 120 Vac 0.022 Mh. or ft.Cabo - 8 ar Discreto 120 Vac 0.026 Mh. or ft.Cabo - 16 ar Discreto 120 Vac 0.030 Mh. or ft.Cabo - 36 par Discreto 120 Vac $3.51 por ft. 0.034 Mh. por ft.

Eletroduto

3/4 in. Eletroduto $1.83 or ft. .124 Mh. or ft1 in. Eletroduto $2.51 or ft. .134 Mh. or ft

1 1/4 in. Eletroduto $3.21 or ft. .149 Mh. or ft1 1/2 in. Eletroduto $3.80 or ft. .159 Mh. or ft

2 in. Eletroduto $4.94 or ft. .174 Mh. or ft3 in. Eletroduto $11.47 or ft. .19 Mh. or ft4 in. Eletroduto $17.70 or ft. .19 Mh. or ft.

Eletroduto Flexvel (1/2) $ 20 por inst. .5 Mh. por inst.

Bandeja

4 in. Bande a $4.10 or ft. .03 Mh. or ft.6 in. Bande a $27.85 or ft. .345 Mh. or ft.12 in. Bande a $29.46 or ft. .355 Mh. or ft.24 in. Bande a $32.56 or ft. .365 Mh. or ft.

Caixa Juno

ComTerminais

SemTerminais

Caixa Jun o 36 in. X 36 in 460 $1.622 37 $800 00 12.7 Mh. or JBCaixa Jun o 22in. X 20 in. 150 term. $1.050,00 $650,00 8.4 Mh. or JBCaixa Jun o 18 in. X 14 in. 90 term. $426,11 $300,00 4.9 Mh. or JBCaixa Jun o 12 in. X 10 in. 30 term. $301 09 $240 00 3.44 Mh. or JBCaixa Juno 10 in. X 10 in. (din rail) $195,00 $145,00 1.50 Mh. por JB

Fieldbus

Condicionador MTL5995 $522 00 .2 Mh. or unitCondicionador Relcom Sim lex $785,00 .2 Mh. or unitCondicionador Relcom Redundant $1.570,00 .2 Mh. or unit

Bloco de conexo 8 FCS-MB8 $350,00Terminador FCS-T $109,00Bloco de conexo

protegido (8) FCS-MB8-SG $767,00

Painel DeltaV comrearranjo $7.200

Painel DeltaV semrearranjo (48 cartes + controlador) $5.470

Alimentao DeviceNet $582 .2 Mh. por unit

Tabela 02: Preos de referencia materiais auxiliares


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Da mesma forma destacado acima, segue abaixo, na tabela 03, os preos de referencia

dos instrumentos e sistema, que utilizaremos nesse capitulo.

Item DescrioLista Transp

orteTotal

Sist. DescontoHomem-hora

I/O Card Descont U

Carto

Analog In Board (8points) Hart $1.451 $166 $1.617 25% 1.213 .5 Mh por carto

Analog Out Board (8oints Hart $1.608 $166 $1.774 25% 1.331 .5 Mh por carto

Digital In Board (8oints 120 Vac $610 $166 $776 25% 582 .5 Mh por carto

Digital Out Board (8oints 120 Vac $778 $166 $944 25% 708 .5 Mh por carto

RTD I/O Board AI $1.451 $166 $1.617 25% 1.213 .5 Mh por carto

T/C Board (8 points) T/C $2.072 $166 $2.238 25% 1.679 .5 Mh por carto

H1 Interface Card DeltaV 2 port $4.109 $166 $4.275 25% 3.206 .5 Mh por carto

DeviceNet Board 1 port $4.112 $166 $4.278 25% 3.209 .5 Mh por cartoController Redundancy

SW DeltaV $1.712 incl. $1.712 25% 1.284 N/A

Item DescrioLista

-Projeto

Inst.Desconto Inst.

FieldbusPremiu

mHomem-hora$

Descont U$

Transm.

Rosemount 3051 HART 2590 25% 1943 2 Mh. or unidadeRosemount 3051 FF 2955 25% 2216 14% 2 Mh. or unidadeRosemount 3144 HART 1437 25% 1078 2 Mh. or unidadeRosemount 3244 FF 1751 25% 1313 22% 2 Mh. or unidadeRosemount 848T FF 3496 0% 3496 2 Mh.por unidade

Item DescrioLista

-Projeto

Inst.Desconto Inst.

FieldbusPremiu

m

Homem-hora

$ Descont U$Vlvula Fisher DVC5010 HART 2940 15% 2499 2 Mh.por unidade

Fisher DVC5010 FF 4216 15% 3584 43% 2 Mh.por unidadeOutros Termopar Type J 150 na 150 2 Mh.por unidade

Dispositivo Discreto DI - Misc. 300 na 300 2 Mh.por unidadeMotor Motor AI 1000 na 1000 2 Mh.por unidade

DeviceNet Rel inteligente 400 na 400 incl.

Tabela 03: Preos de referncia para instrumentos e sistema

4.1.2.TIV - total valor instalado

Conforme mencionado anteriormente o TIV o valor total da automao incluindo

compra, instalao, interligao, engenharia e comissionamento. Na tabela 04, encontra-


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61

se descrito um caso real comparando a instrumentao convencional com fieldbus

foundationutilizando um Sistema Integrado (SDCD com FF Nativo).

Para se ter uma idia global do empreendimento, acrescenta-se na tabela alguns dados

complementares, tais como, valor do homem-hora, comprimento dos segmentos, etc.,

que serviro de base para o resultado final.


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I/OConvencional SDCD

Clssico Clssico FoundationFieldbus

DeviceNet Total

AI 1250 50 50AI-FF 1500 1500

AO 750 50 50AO-FF 800 800RTD 250 0 0

RTD_FF 300 300T/C 120 0 0

T/C-FF 150 150DI 420 100 100

DI-DN 600 600DO 370 50 50

DO-DN 550 550Motores (3DI/1DO) 100 10 120 520

Motor AI's 120 0 135 135

TOTAL 3680 260 2750 1405 4805

Percentual de FF - Temperatura (T/C, RTD) usado para controle 40%

Dados EngenhariaLimites Normal

HH Engenharia 120 $/hr. - 100HH Tcnico 85 $/hr. - 65

Console OperadorLimites Normal

Operador 2 # - 1/1000 tags

Dados do FieldbusFoundation

Limites NormalCompr. Segmento 200 feet (1-6234) 700

Dispositivos por Segmento 10 # (1-16) 10Conector spur Sim Sim ou No Sim

Alimentao Redundante Sim Sim ou No NoCarto H1 redundante Sim Sim ou No No

Redundncia Controlador Sim Sim ou No NoIncremento Engenharia 15,00% 10Fator Comissionamento 2,0 (1-7) 4

848T usado 7T/C porunidade 7

Dados do DeviceNet

Compr. Segmento doMotor 50 feet

Compr. Mdio do

Segmento 100 feet (1-1640) 200Ns por Segmento 25 # (1-62) 30

*Ns = 1 MCC, 16 DI, 8DO

Tabela 04: Dados do projeto


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Tendo como base as premissas destacadas anteriormente, consegue-se chegar nos

seguintes resultados, destacados na tabela 05 e no grfico 01, lembrando que os valores

negativos esto destacados em amarelo.

Descrio Clssico Clssico + AMS SDCD (FF) U$Economia %Economia

Dispositivos $5.734.413 $5.734.413 $8.403.380 -$2.668.968 -47%Interligao $7.347.449 $7.347.449 $3.606.343 $3.741.106 51%Terminao $697.680 $697.680 $386.619 $311.061 45%

Painel $202.786 $202.786 $134.888 $67.898 33%Espao Fsico $44.381 $44.381 $16.451 $27.930 63%

Controle/Alimentao $1.308.372 $1.566.228 $2.455.304 -$1.146.933 -88%Conf. Engenharia $710.595 $771.345 $1.048.069 -$337.474 -47%Diagramas Malhas $391.000 $391.000 $165.134 $225.866 58%Comissionamento $1.196.000 $830.375 $827.938 $368.063 31%

Total $17.632.675 $17.585.656 $17.044.126Total Economia

TIV ($)- $47.019 $588.549 3%

Tabela 05: Comparao dos Preos

-$3.000.000

-$2.000.000

-$1.000.000

$0

$1.000.000

$2.000.000

$3.000.000

$4.000.000

EndD

evices

Wiring

Termin

ations

Ca

binets

Floorspace

Control/Power

Engin

eering

Co

nfig.

LoopDrawings

Commissioning

Installed Cost Comparison (Classic vs. Smart Systems)

Grfico 01 Comparao dos custos

Analisando os resultados obtidos, consegue-se obter uma economia de 3% do custo total

do empreendimento (compra, instalao, interligao, engenharia e comissionamento).


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Explorando os nmeros, consegue-se observar que apesar do custo maior na compra dos

dispositivos inteligentes, a grande economia obtida atravs da facilidade de

interligao que gera uma reduo dos cabos, tendo tambm uma reduo significativa

na documentao, no comissionamento e consequentemente nas horas de engenharia.

No prximo capitulo analisado o outro lado, ou seja, os benefcios aps a partida da

planta.

4.1.3.TOV - total valor operacional

Conforme mencionado anteriormente o TOV o valor total da operao e manuteno

relativa automatizao depois do comissionamento, ou seja, depois da partida da

planta. Na tabela 06 so apresentadas algumas premissas para analisarmos os custos da

manuteno e operao utilizando o SDCD (FF).

Dados Engenharia QTD. Unidade ObservaoTransmissores (Clssico) 50 - -

Transmissores (FF) 1800 - -

Vlvulas (Classic) 50 - -

Vlvulas (FF) 800 - 70% de ControleMotores 120 - -

Outros Discretos 1150 - -HH Tcnico 85 $/hr. -

Ciclo de Vida da Planta 25 Anos

Valor da Capacidade da Planta 12130 $/hour p/ 100% eficincia ($)

Valor do Produto 1200 $/hour p/ 1% perda de eficincia

Taxa de desconto do investimento 12% - -

Tabela 06: Custo operacional

Valor da manuteno:


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Tendo como base as premissas destacadas acima, consegue-se obter os seguintes

resultados, destacados na tabela 07, tendo como foco a manuteno.

Descrio Uma vez(U$) Valor Anual(U$)Configurao Engenharia

1. Configurar Alarmes -38420

Manuteno Corretiva/Reativa1. Eliminar trips desnecessrios 69360

2. Trips Desperdiados 138723. Reconfigurao de dispositivos 33150

Manuteno Preventiva1. Preventiva 94792

Manuteno Proativa1. Recalibrao de dispositivo 18343

2. Substituio de dispositivo 29613. Diagnostico Avanado de Vlvula 1088004. Rotinas de Calibrao Automtica 19227

5. Auditoria de Alteraes 12818

Outras Tecnologias Discretas1. Retirada do motor para manuteno preditiva 174672

2. Registores de Tendncia de Temperatura para manuteno preventiva e paradas no planejadas. 1746723. Conhecendo as causas das falhas 72780

4. Trip de motor antecipado 873365. Conhecendo as causas dos trips 72780

Documentao e Outros1. Usando sintonia automtica para acompanhar o desempenho da malha 23800

2. Reduo dos trabalhos de documentao 110500Subtotal Manuteno 1.089.863

Tabela 07: Valor da manuteno

Explorando os resultados consegue-se entender que o planejamento da manuteno

e implementaes de praticas de manuteno inteligente melhora a disponibilidade

e o controle otimizado por longos perodos, por isso, consegue-se obter uma

economia de U$1.089.863,00 anual nas rotinas de manuteno, apesar de ter um

gasto inicial maior de U$ 38.420,00 para a configurao do sistema.

A seguir faz-se a mesma anlise, mas tendo como foco os custos operacionais da

planta.


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Valor operacional

Tendo como base as premissas destacadas acima, consegue-se obter os seguintes

resultados, destacados na tabela 08, tendo como foco a operao da planta.

DescrioUma vez

(U$)Valor Anual

(U$)Produo Antecipada

1. Comissionamento Rpido 1746720Produo e Qualidade da Planta

1. Alerta de Vlvula permite paradas planejadas 242600

2. Alerta que a tomada de impulso est bloqueada permite o reparo antes que o produtofique fora do padro. 212283. Alarme de temperatura do corpo do dispositivo de campo elimina hardware/fiao

adicional. 1092004. Temp. do corpo do dispositivo usado como alerta do comprometimento de dados. 62400

5. Bad PV alert permite para controle alternativo par prevenir shutdown. 2160006. Usar Inspecionar para reduzir a variabilidade de alta performance em loop. 96000

Controle Avanado1a. Usar Neural Nettecnologia para criar sensores virtuais 400001b. Usar Neural Nettecnologia para criar sensores virtuais 480000

2. Usar Fuzzy Logicpara melhorar controle de malhas complexas. 4800003. Usar Multivariable Predictive Control(MPC) para otimizacao de malhas 960000

Subtotal de Operao 1895920 2.558.228

Tabela 08: Valor de operao da planta

Explorando os resultados consegue-se obter uma economia de U$ 4.454.148,00

anual nas rotinas operacionais. Destaca-se tambm que neste caso consegue-se uma

economia inicial de U$ 1.895.920,00 e o restante da economia (U$ 2.558.228,00)

obtida atravs da rotina operacional anual da planta.

Concluso Final


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Na tabela 09 representa-se os resultados finais obtidos, considerando que o ciclo de

vida da planta de 25 anos, chega-se numa economia total de U$93.059.773,00.

Mas como o dinheiro tem valor com o tempo, considerando uma taxa de 12% ao

ano durante os 25 anos, chegamos numa economia real de U$32.045.983,00

Resumo de Valores

Documents

Desafios de Projetos Fieldbus Foundation